Item 13:使用对象来管理资源 Effective C++笔记

C++ RAII STL 内存 异常 作用域 智能指针 析构函数 运算符重载 栈空间 堆空间

Item 13: Use objects to manage resources.

熟悉智能指针的人肯定不会对此觉得陌生。利用C++中对象自动析构的特性,自动地释放资源。 C++编译器并未提供自动的垃圾回收机制,因此释放资源的责任落在了开发者的头上。 我们被要求总是成对地使用newdelete,例如:

Investment *pInv = createInvestment();
...
delete pInv;

createInvestment这样的方法属于工厂方法(factory function),用来创建一个对象的实例。

上述代码确实能够在不泄漏内存的情况下很好地执行,但问题出在createInvestment()函数把释放资源的责任交给了客户, 但并未显式地声明这一点,因而客户有时并不知情。即使客户知道该资源需要销毁, 也可能由于流控制语句或者异常的出现而使得资源未被及时释放。

幸运的是,我们可以用对象来包装资源,并在析构函数中释放它。这样客户便不需要维护资源的内存了。 std::auto_ptr便是这样一个对象,它被称为智能指针(smart pointer)。 典型的使用场景是,资源在堆空间中存储但只在局部被使用。

void f(){
  std::auto_ptr<Investment> pInv(createInvestment());
}

关于C++中堆空间、栈空间的使用方式,可以参考:进程的地址空间:TEXT,DATA,BSS,HEAP,STACK

f()调用结束时pInv退出作用域,析构函数被调用,最终使得资源被释放。 事实上,让createInvestment直接返回智能指针是更好的设计。 可以看到,使用对象来管理资源的关键在于:创建资源后立即放入资源管理对象中,并利用资源管理对象的析构函数来确保资源被释放

资源管理对象的实现框架正是RAII原则:acquisition is initialization,用一个资源来初始化一个智能指针。指针的析构函数中释放资源。

值得注意的是,为了防止对象被多次释放,auto_ptr应当是不可复制的。 复制一个auto_ptr会使它变成空,资源被交付给另一个只能指针。

std::auto_ptr<int> p1 (new int);
*p1.get()=10;

std::auto_ptr<int> p2 (p1);

std::cout << "p2 points to " << *p2 << '\n';
// p2 points to 10
// (p1 is now null-pointer auto_ptr)                           

.get方法返回资源的指针。

auto_ptr古怪的复制行为导致它并不是管理资源的最佳方式,甚至在STL中auto_ptr的容器也是不允许的: 可以创建这样的容器,但往里面添加元素(例如push_back)时会导致编译错。

auto_ptr<int> p1(new int);

vector<auto_ptr<int>> v;    // OK,可以编译
v.push_back(p1);            // 编译错!

此处我们引入一个引用计数(reference-counting smart pointer,RCSP)的指针shared_ptr。 它在没有任何其他指针引用到该资源时,进行资源的释放。不同于垃圾回收器,shared_ptr未能解决环状引用的问题。

值得注意的是auto_ptrshared_ptr只能管理单个资源,因为它们是使用delete而非delete[]来实现资源释放的。常见的错误便是传递数组进去:

std::tr1::shared_ptr<int> spi(new int[1024]);

在最新的C++标准中,智能指针已经归入std命名空间了。我们可以这样使用:std::shared_ptr<int>

虽然智能指针有这样的问题,但C++并未提供管理数组的智能指针,因为vector等容器就可以很好地完成这个工作。 如果你真的需要,可以求助与Boost社区的boost::scoped_arrayboost::shared_array

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